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康华光模拟电子技术基础核心难点是什么?

模拟电子技术基础(康华光版)核心知识体系

模拟电子技术的核心研究对象是模拟信号(在时间和幅值上都是连续的信号),而实现这些信号处理的核心元器件半导体器件,尤其是晶体管

康华光模拟电子技术基础核心难点是什么?-图1
(图片来源网络,侵删)

整个课程可以概括为:“一个中心,两个基本点,三大应用,一个保障”

  • 一个中心:晶体管(BJT & FET)的放大原理。
  • 两个基本点:放大电路的静态分析和动态分析。
  • 三大应用:基本放大电路、负反馈放大电路、功率放大电路与直流电源。
  • 一个保障:频率响应。

半导体器件基础

这是模拟电路的基石,理解了器件,才能理解电路。

半导体物理基础

  • 核心概念:本征半导体、杂质半导体(P型、N型)。
  • 关键现象:PN结的形成及其单向导电性,这是所有半导体器件功能的物理基础。
  • 伏安特性:描述PN结两端电压与流过电流的关系,包括正向导通反向截止两个区域。

二极管

  • 核心模型
    • 理想模型:正向导通压降为0,反向截止电阻无穷大,用于初步估算。
    • 恒压降模型:正向导通时有一个固定压降(硅管约0.7V),最常用。
    • 小信号模型:用于分析电路的微小变化(交流信号),用一个动态电阻 r_d 表示。
  • 主要应用
    • 整流:将交流电转换为脉动直流电(半波、全波、桥式)。
    • 限幅/钳位:限制信号的幅度或将信号电位移动一个固定值。
    • 稳压:利用稳压二极管的反向击穿特性来稳定电压。

双极结型晶体管

  • 结构:发射区、基区、集电区,对应三个极:E, B, C。
  • 核心原理
    • 电流放大作用I_C = β * I_B (β为电流放大系数),基极电流微小的变化,可以引起集电极电流巨大的变化,这是放大的基础。
    • 三种工作状态
      • 放大区:发射结正偏,集电结反偏。I_C = β * I_B 成立,用于信号放大。
      • 饱和区:发射结正偏,集电结也正偏。U_CE 很小(约0.3V),I_C 不再受 I_B 控制,用于开关的“闭合”状态。
      • 截止区:发射结反偏,集电结也反偏。I_B ≈ 0, I_C ≈ 0,用于开关的“断开”状态。
  • 特性曲线:输入特性曲线 I_B = f(U_BE) 和输出特性曲线 I_C = f(U_CE)

场效应晶体管

  • 与BJT的核心区别
    • BJT电流控制器件(用基极电流控制集电极电流)。
    • FET电压控制器件(用栅源电压 U_GS 控制漏极电流 I_D),FET的输入电阻极高。
  • 分类
    • 结型场效应管:利用PN结的耗尽层宽度来控制导电沟道。
    • 绝缘栅场效应管:利用半导体表面的电场效应来控制导电沟道,分为增强型和耗尽型,MOSFET是应用最广的。
  • 核心原理:通过 U_GS 控制 I_D 的大小,同样有放大区、可变电阻区、截止区

基本放大电路

这是模拟电路的核心应用,也是考试的重点和难点。

放大电路的组成与分析方法

  • 组成原则:必须为晶体管提供合适的静态工作点(Q点),使其工作在放大区。
  • 分析方法
    • 静态分析:分析直流状态,确定Q点(I_BQ, I_CQ, U_CEQ),常用估算法图解法
      • 关键:将电路中的电容视为开路
    • 动态分析:分析交流信号(小信号)的放大情况,常用微变等效电路法
      • 关键:将晶体管替换为其小信号模型(如H参数模型),将直流电压源接地,大电容视为短路

三种基本组态放大电路

这是必须烂熟于心的内容,需要从电路结构、静态分析、动态分析(计算 A_u, R_i, R_o三个方面掌握。

康华光模拟电子技术基础核心难点是什么?-图2
(图片来源网络,侵删)
组态 共射 共集 共基
电路结构 输入B,输出C 输入B,输出E 输入E,输出C
电压增益 A_u 较大(负值,反相) 约等于1(正值,同相) 较大(正值,同相)
电流增益 A_i 较大(β+1) 较大(β+1) 约等于1(α)
输入电阻 R_i 中等
输出电阻 R_o 较大 较大
主要特点 电压、电流均有放大,应用最广 电压跟随器,用作缓冲级、隔离级 高频特性好,用作高频放大、阻抗变换

场效应管放大电路

分析思路与BJT放大电路完全相同,只是将BJT替换为FET,其小信号模型也不同,同样有共源、共漏、共栅三种组态,其性能对比与BJT的共射、共集、共基一一对应。


多级放大电路与频率响应

多级放大电路

  • 耦合方式
    • 阻容耦合:各级Q点独立,但低频特性差(大电容影响)。
    • 直接耦合:低频特性好,可以放大直流信号,但存在零点漂移问题,必须解决前后级电位配合问题。
    • 变压器耦合:可实现阻抗匹配,但体积大、笨重,已很少用。
  • 性能指标计算
    • 电压增益A_u = A_u1 * A_u2 * ... * A_un (后级的输入电阻是前级的负载)。
    • 输入/输出电阻:第一级的输入电阻为总输入电阻,末级的输出电阻为总输出电阻。

频率响应

  • 核心概念
    • 通频带BW = f_H - f_Lf_L耦合电容旁路电容决定,f_H晶体管的结电容决定。
    • 波特图:用对数坐标画出的频率响应曲线,包含幅频特性和相频特性。
  • 分析重点
    • 下限截止频率 f_L:主要分析耦合/旁路电容构成的高通RC电路。
    • 上限截止频率 f_H:主要分析晶体管的结电容(如 C_π, C_μ)构成的低通RC电路,使用密勒定理简化分析。
    • 增益带宽积:对于一个放大电路,其增益与带宽的乘积近似为常数。

负反馈放大电路

这是模拟电路的“灵魂”,几乎所有实用的放大电路都引入了负反馈。

反馈的基本概念

  • 反馈:将输出信号的一部分或全部,通过一定网络送回到输入端,与输入信号进行比较(相加或相减)。
  • 负反馈:反馈信号削弱输入信号。目的是改善放大电路的性能
  • 正反馈:反馈信号增强输入信号,用于振荡电路。

**2.

康华光模拟电子技术基础核心难点是什么?-图3
(图片来源网络,侵删)
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